高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中天平砝碼優(yōu)化組合運(yùn)用實(shí)例分析
   一直以來，天平都始終作為經(jīng)典、的儀器，已經(jīng)受到人們的普遍認(rèn)可。但是在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)際應(yīng)用中，有學(xué)生發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的問題，也可以看作該生對天平砝碼組新的見解。在某節(jié)物理課中，筆者向?qū)W生提出這樣一個(gè)問題：“我們在實(shí)驗(yàn)中一直使用的天平，你們能夠找出它存在的缺點(diǎn)嗎？"作為一個(gè)開放性的問題，每一位學(xué)生都積極地發(fā)表自己的意見和看法，有的學(xué)生認(rèn)為：“雖然利用天平能夠得出十分的答案，但是調(diào)節(jié)過程太麻煩，如果能夠發(fā)明出自動(dòng)調(diào)節(jié)平衡裝置就好了。"有的學(xué)生認(rèn)為：“天平的外形是固定的，在為固體稱重的時(shí)候很容易，但如果需要測量液體的話，就比較麻煩，如果左側(cè)的托盤能夠換成托杯就方便多了。"其中有位學(xué)生提出：“我認(rèn)為天平中砝碼的組合數(shù)值并不是十分合理，如果能用‘1、2、4、8’代替原來的‘1、2、2、5’就好了。"這個(gè)想法十分新穎，筆者就問：“為什么換成‘1、2、4、8’更加合理呢？"他回答說：“因?yàn)檫@樣能夠測量的范圍得到擴(kuò)大，同時(shí)整體操作也更加簡單。"以下是該生的想法和思考過程。之前在教學(xué)的過程中向?qū)W生說過，天平中的砝碼和人民幣面值、拔插式電阻箱數(shù)值一樣，都是采用“1、2、2、5"組合的，根據(jù)這四個(gè)數(shù)，就能夠?qū)?～10中的數(shù)值表示出來，具體如表 1 所示

   在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于操作比較麻煩，這位學(xué)生就考慮為什么必須用這四個(gè)數(shù)進(jìn)行組合呢？如果用其他的數(shù)字，是不是也能組合出來呢？然后他就用其他數(shù)字組合進(jìn)行嘗試，終得出用“1、2、4、8"這四個(gè)數(shù)也能夠自由組合出 1 ～ 10 的數(shù)值，甚至可以將 11 ～15 表達(dá)出來。這樣如果帶入天平砝碼中就會出現(xiàn)這種情況：雖然也是四個(gè)碼，但是能夠測量的物體重量增加了 50%，這也就表示天平的使用范圍得到擴(kuò)大。然后這位學(xué)生就找出自己原來使用的天平砝碼，將 5 g 的砝碼改成 4 g，將 10 g 的砝碼改成 8 g，進(jìn)而得到一組新的砝碼用具。他在不斷的嘗試過程中發(fā)現(xiàn)，如果想利用所選取的數(shù)值進(jìn)行組合，終得出的數(shù)值是前后連續(xù)的，那么所選用的數(shù)值就需要等于前面已選數(shù)值之和，再加上1就行了。比如：已經(jīng)選擇的數(shù)值為 1 和 2，要想得出后面的數(shù)值，只需要將1+2+1即可，得出4，這表示1和2后面再選取的數(shù)值就是4；再將 1+2+4+1=8，即 4 后面所選取的數(shù)值為 8。根據(jù)這算規(guī)律，在十位數(shù)值中所選取的就是 10、20、40、80。這樣一來，改進(jìn)后的八個(gè)砝碼的總和為 165，要遠(yuǎn)大于原來的110 [7] 。表 2 為根據(jù)“1、2、4、8"表示 1 ～ 15 的數(shù)值。通過比較表 1 和表 2 可以看出，天平砝碼在優(yōu)化組合之后，復(fù)雜程度并沒有增加，而所表示的數(shù)值也從原先的10 擴(kuò)大至 15，其優(yōu)勢較為顯著。下面以 1 ～ 10 數(shù)值為例，將原先砝碼組合與優(yōu)化砝碼組合進(jìn)行對比，具體如表 3 所示。利用表 3 可以看出，如果僅僅表示 1 ～ 10 之內(nèi)的數(shù)值，通過優(yōu)化后的砝碼組合，只需要用三個(gè)砝碼就能夠完整地表示出來，而原先的砝碼則需要全部使用才能夠表示出來。由此可以看出，優(yōu)化后的砝碼組合優(yōu)勢更加明顯

  結(jié)語
通過上述分析可以得出，雖然天平中砝碼組利用原先基準(zhǔn)砝碼“1、2、2、5"進(jìn)行組合，也能夠?qū)⒋郎y物體的質(zhì)量準(zhǔn)確測量出來，但是由于受到一定限制，如果物體質(zhì)量出數(shù)值組合范圍，則實(shí)驗(yàn)就不能繼續(xù)開展下去；通過優(yōu)化組合，將砝碼組的基準(zhǔn)砝碼調(diào)整為“1、2、4、8"，這樣一來，不僅擴(kuò)大了測量數(shù)值范圍，而且在表示相同數(shù)值的時(shí)候，優(yōu)化后的砝碼組更加簡單。因此，可以根據(jù)這一結(jié)果，對高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中天平中的砝碼組進(jìn)行優(yōu)化組合。雖然一直以來在高中物理中所使用的天平砝碼組都是按照“1、2、2、5"進(jìn)行組合，但這并不代表這種組合方式就是佳的，學(xué)生可以根據(jù)具體使用情況，提出相應(yīng)的改進(jìn)和優(yōu)化建議，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)更好地開展

   高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中天平砝碼優(yōu)化組合運(yùn)用實(shí)例分析